尾矿干堆废石堆场初步设计说明书范本

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1、目 录第一章 概 述11.1设计依据11.2建设单位概况21.3区域位置及交通3 1.4自然地理及经济概况41.5设计目的51.6设计范围5第二章 场地工程地质条件62.1工程地质条件62.2地震效应102.3场地岩土分析评价102.4废石堆场整体及局部边坡稳定性分析112.5地基基础分析及处理意见122.6基坑开挖122.7结论与建议12第三章 废石堆场设计方案153.1废石、废渣及干尾砂的相关资料153.2废石堆场场址163.3汇水面积计算163.4废石堆场设计库容173.5废石堆场的设计等级183.6废石堆场排洪设施设计频率193.7拦挡坝设计193.8废石堆场堆筑设计213.9废石堆场

2、防洪、排水设计273.10废石堆场的安全防护353.11运输方案的确定363.12废石堆场照明、道路383.13废石堆场观测设施393.14废石堆场关闭及复垦39第四章 施工要求404.1坝基开挖及岸坡的处理404.2坝料的开采运输414.3拦挡坝筑坝材料414.4拦挡坝的砌石体指标424.5排水设施施工43第五章 安全专篇445.1场址安全可靠性分析445.2主要危险有害因素的辨识与分析455.3废石堆场防洪、排水系统安全可靠性分析515.4拦挡坝坝体稳定性分析525.5废石堆场边坡稳定性分析53第六章 应急预案556.1编制目的556.2工作原则556.3应急预案的种类、内容56第七章 废

3、石堆场日常观测597.1废石堆场日常观测的必要性597.2日常观测设施的总体布置597.3日常观测要求597.4观测数据处理及变形分析60第八章 废石堆场安全管理618.1安全机构的设置及人员配备618.2安全管理制度628.3废石堆场日常运行安全管理638.4防洪安全管理658.5防震与抗震658.6地质灾害防治668.7应急措施678.8其它防范措施67第九章 环境保护与水土保持709.1环境保护709.2水土保持70第十章 工程量与费用概算7210.1主要设施及工程7210.2编制依据7210.3定额及指标7210.4工程量及投资7310.5建设期75第十一章 结 论7677第一章 概

4、述1.1设计依据1.1.1设计依据的法律、法规(1)中华人民共和国安全生产法(20_.11.1)；(2)中华人民共和国矿山安全法(1993.5.1)；(3)中华人民共和国环境保护法(1989.12.26)；(4)中华人民共和国水土保持法实施条例；(5)中华人民共和国矿山安全法实施条例；(6)地质灾害防治条例(国务院令394号,20_.3.1)。1.1.2设计依据的主要规程、规范(1)金属非金属矿山排土场安全生产规则(AQ20_-2005)；(2)有色金属矿山排土场设计规范(GB50421-2007)；(3)金属非金属矿山安全规程(GB16423-2006)；(4)建筑地基基础设计规范(GB50

5、007-2002)；(5)砌石坝设计规范(SL25-2006)；(6)建筑抗震设计规范(GB50011-2010)；(7)建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)。1.1.3设计依据的基础资料(1)*XX公司一矿路村沟废石堆场初步设计技术服务合同书；(2)委托书；(3)废石堆场现状地形图(1:1000)、废石堆场所在沟的1:5000的地形图(*冶金XX公司提供)；(4)*冶金XX公司一矿排土场岩土工程勘察报告(详勘,XX市辉海岩土工程勘察XX公司,20_.7)；(5)*冶金XX公司概况(*冶金XX公司提供)；(6)尾矿脱水及尾矿水回收利用技术方案概述(*冶金XX公司提供)；(7)土地荒山荒沟

6、租赁协议书；(8)XX省暴雨洪水计算实用手册(1991.6)。1.2建设单位概况*冶金XX公司的前身成立于1976年,1985年的*XX县铁矿和*XX县后南冶铁矿。1985年5月首次改制联合组建为*冶金XX公司。20_年再次改制进一步理顺产权关系,20_年12月一次性出资收购濒临破产XX县铁厂,20_年10月更名为*冶金XX公司。20_年11月XX县委县政府招商引资XX公司与XX公司深圳满孚XX公司优势互补,股权重组,成为国有参股的多元化股份制企业。重组后注册资本5000万元；现有资产总额68096万元,其中固定资产18947万元；总占地面积29.64万平方米(445亩)。产品主要有铁精矿粉。

7、目前正在实施选矿改扩建项目,恢复超纯粉生产线,待条件成熟后进一步延伸产业链,提高产品附XX公司内设总经理办公室、安全生产技术部、工程管理部、供应销售部、计划财务部、矿井管理部、行政管理部、保卫部等8个部门。现有员工1137人,其中一矿630人,二矿2XX公司下属一矿、二XX公司和XX公司。铸业公司由于产业政策限制,于20_年6月关XX公司XX市场等原因于20_年3月停产至今。一矿为资源整合矿山,整合后的矿区面积为8.9平方公里,矿产资源储量3954.81万吨,有11个矿井(其中直属矿5个),直接组织生产的矿井系统6个,选矿厂1个。矿井生产系统分别为连麻沟、嵩场4#、嵩场5#、小北岔、西峧980

8、、路村斜井；设计生产能力共30万吨,实际生产能力可达46万吨,改造后的生产能力可达60万吨。由于资源整合,采矿证作废,安全生产许可证上收,整改复工未批复,停产放假。现正组织实施坑口工业广场改造。磨选生产系统原设计矿石处理能力为30万吨,技改完成后可达90万吨,超纯粉生产能力4万吨。二矿资源整合中为单独保留矿山,矿区面积2.7963平方公里,资源储量708万吨,有矿井生产系统3个,选矿厂1个,矿井生产系统分别是1#矿体斜井、国峧斜井和武家峧斜井,设计生产能力14万吨,实际生产能力可达20万吨,改造后生产能力可达24万吨,磨矿生产系统原设计矿石处理能力20万吨,实际生产能力高于设计能力,二矿于5月

9、份重新领取了采矿证。武家峧斜井于1月28日领取了安全生产许可证,1#矿体斜井、武家峧斜井已通过验收,进入领取安全生产许可证程序。1.3区域位置及交通*冶金XX公司是一家冶金矿产的企业,是经国家相关部门批准注册的企业。主营XX公司位于*XX县粟城乡故驿村。*XX县地处XX省中部,太行山西麓,清漳河上游。北邻XX县,西接XX县,南邻武乡、XX县,东与XX省XX市、XX市XX县接壤XX省会XX市144km。面积2029km2,辖15个乡镇,379个行政村。公路四通八达,形成以“大”字XX省道为骨架、XX县公路、15条乡公路辐XX县的公路网络。阳涉铁路纵贯*境内。拟建一矿路村沟废石堆场为*冶金XX公司

10、的配套安全设施,拟建场址位于路村村的一个荒沟内。废石堆场的区域位置见下图。废石堆场位置图1-1 废石堆场区域位置图1.4自然地理及经济概况*XX县水资源丰富XX县水资源总量2.31亿立方米。人均水资源占有量1452.83立方米,相当XX省的3.12倍；土地亩均水资源占有量827.9立方米,XX省的4.3倍。旅游资源得天独厚。境内集自然景观和人文景观、北国雄风和江南秀色于一体,具有华山之险、黄山之美、桂林之秀、庐山之峻、延安之称,以宏、险、奇、惊、峻、幽、秀等特色在太行山区独树一帜。工业有以煤炭、冶金、建材为龙头,包括电力、化工、机械制造、印刷等13个行业的工业结构体系,主要工业产品发展到20余

11、种。 已探明的矿藏有煤、铁、铬铁、钛铁矿、锰铁矿、铝矾土矿、石英、云母等余种,其中煤的地质储量为49亿吨,铁矿储量为8500万吨。 农业方面西北部山区宜种耐寒作物莜麦、荞麦、马铃薯。东南部多种稻、麦、红薯等。1.5设计目的拟建一矿路村沟废石堆场为*冶金XX公司的配套安全设施,拟建废石堆场主要堆积*冶金XX公司一矿采矿排弃的废石、风化岩土及选矿厂干选后的废渣和尾矿脱水后的干尾砂。1.6设计范围根据*冶金XX公司委托要求和国家对废石堆场设计及管理的相关法律、法规以及设计标准,结合工程组现场踏勘和甲方提供的各种基础资料,XX公司所属的废石堆场工程设施进行工程设计。设计内容包括废石堆场场址选择、废石堆

12、场等级,拦挡坝、防洪排水系统设计、排弃方式、排弃要求、安全防护、照明、废石堆场观测、关闭及复垦等；坝体及边坡稳定性计算；废石堆场安全运行管理及应急预案等(不包括运输车辆、装载机等设备、供电、外部道路)。第二章 场地工程地质条件参照*冶金XX公司一矿排土场岩土工程勘察报告(详勘,xxxx岩土工程勘察XX公司,20_.7)可知废石堆场的工程地质条件如下。2.1工程地质条件2.1.1地形、地貌*冶金XX公司拟新建一处废石堆场,该废石堆场地处矿区北部的一条名为狼窝掌的荒沟内。排土场所占荒沟大致呈东西走向,沟的轴线略呈圆弧形,沟口位于东端。沟的横断面为“V”字形,坡度为2535。沟的纵向长度为1432.

13、7m,两侧山顶距离为491.8583.7m,场地地形起伏较大。建设场地地处*冶金XX公司一矿北部,其地貌单元属剥蚀中山区。沟口附近的沟底处为荒草地,山坡高处为岩石裸砾地,沟谷内树木稀少,杂草丛生。2.1.2气象与气候*XX县属暖温带半干旱大陆性季风气候,四季变化明显,春季干燥多风,夏季炎热多雨,秋季凉爽宜人,冬季气候寒冷。多年平均气温为7.4,一月份最冷,平均气温-8.6,七月份最热,平均气温21.3。多年平均蒸发量为1589.7mm。多年平均风速1.8m/s,一般4月份平均风速最大,为2.7m/s；最大冻土深度1.04m。据*XX县气象站195920_年降水资料统计,多年平均降水量为520.

14、8mm,年最大降水量863.4mm(1971年),年最小降水量318.0mm(1965年),相差2.7倍；1963年8月1日10日连降暴雨,降水量达235.1mm；日最大降水量97.2mm(1996 年8月4日),时最大降水量46.6mm(1963年),10分钟最大降水量15.0mm。年内降水分布极不均匀。降水主要集中在每年69月份,占年降水量的77%,冬季降水最少,仅占年均降水量的2.4%。降水的地理分布极不均一。北东部拐儿一带为多雨区,年均降水量600650mm；东南部麻田一带为少雨区,年均降水量450mm左右；其它地区(矿区所在区)介于500600mm之间。降水量总趋势是由南向北递增。2

15、.1.3区域地质构造*冶金矿山XX公司一矿区域上位于吕梁-太行断块之沁水块坳东部娘子关坪头坳缘翘起带中南段,晋获褶断带从矿区东部边缘通过。区域地层总体走向为北东,倾向北西。断裂褶皱构造主要集中在矿区东缘晋获褶断带一线。矿区构造形态比较简单,总体上桐峪组变质岩系地层走向NNE,倾向NW,倾角为5580,类似于单斜构造。矿体的产状与变质岩产状基本一致。矿体总体走向为NNE向,倾向W偏北,倾角5075,以60左右占主导,局部矿体近于直立。区内未发现断裂构造。2.1.4水文地质条件清漳河是区内最大河流,位于*XX县城东南,由东、西两源在粟城乡上交漳村老虎岩汇集后而形成,流径小南山、九腰会、泽城、麻田等

16、村,由麻田镇云头底黑虎口出境入XX县,属海河流域南运河水系二级支流。全长150km,其中在*境内流域长度约30km,流域面积471km2。河谷宽度130500m,主河道宽约60200m。流量2.58m3/s,1963年洪水期流量达3900m3/s。矿区南侧苇则河属清漳河西源水系,自矿区南部由西南向东北方向流动。区内地势西高东低,地表剥蚀及侵蚀强烈,沟谷发育,自然排水条件好。区内主要河流均属季节性小河,沟谷常年干涸,雨后有短暂水流。部分地段受泉水及变质岩风化裂隙潜水的补给,发育有小溪,旱季流量及雨季的清水流量都不大,在河谷底部堆积厚层砂砾卵石层时,小溪出现断流。暴雨时节则常有洪水发生,据访问及野

17、外观察,主要河谷内50年来的最高洪水位一般高出河床12m。区内无其它地表水体。矿区内地下水含水层主要为第四系松散沉积物孔隙水含水层及上太古界桐峪组变质岩裂隙含水层,第四系松散沉积物孔隙水含水层以第四系全新统冲洪积含水层为主,主要分布在河谷之中,岩性为砂砾(卵)石及粉土,构成季节性河床、河漫滩及一级阶地。含水层厚度不等,水位埋深较浅。主要补给来源为大气降水。上太古界桐峪组变质岩裂隙含水层垂向延伸厚度不大,含水层岩性为花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩等,导水通道以风化裂隙为主。地下水位埋深依所处地貌部位不同而异,山梁部位埋深较大,河谷冲沟之中埋深较浅,含水层富水性一般较弱,河谷地带富水性增强。2.1.5

18、地基土构成及岩性分布特征根据勘探揭露地层岩性及其沉积旋回特征,结合区域地质资料综合分析,该场地勘探深度范围内地基土由第四系上更新统(Q3)细粒混合土、上更新统(Q3)碎石土、上太古界桐峪组(Ar3t)片麻岩层组成。按其岩性及力学性质的不同,可分为三层,自上而下分述如下:第层:第四系上更新统(Q3)细粒混合土,主要分布于接近沟口的沟底处,最厚处达8.0m。细粒土以粉土为主,浅黄、黄色,呈坚硬硬塑状态,土质均匀,上部具大孔隙结构,局部夹红黄色粉质粘土薄层；无摇振反应,稍有光泽,干强度高,韧性高；属中压缩性土。该土层标准贯入试验击数N为56击,平均击数5.4击。粗粒土以碎石为主,占总质量的30%左右

19、。碎石粒径多介于520cm,主要为角闪斜长片麻岩的风化冲积物,岩块多为灰黑色、灰色,中细粒变晶结构,片麻状,致密坚硬,块状构造,为坚硬岩。第层:第四系上更新统(Q3)碎石土,主要分布于接近沟口的沟底处,最厚处达4.5m。呈稍密中密状态,粒径多介于520cm,粒组级配较差。主要为角闪斜长片麻岩的风化冲积物,岩块多为灰黑色、灰色,中细粒变晶结构,片麻状,致密坚硬,块状构造,为坚硬岩。充填物多为粗砾砂。该土层圆锥动力触探试验N63.5为713击,平均击数9.8击。第层:上太古界桐峪组(Ar3t)片麻岩,分布于沟谷内坡地高处及沟谷深处,地层产状陡,一般倾角在6065之间。钻探深度范围内主要为角闪斜长片

20、麻岩,岩层表层浅部为中等风化,向下渐变为微风化。岩石呈灰黑色、灰色,中细粒变晶结构,片麻状,致密坚硬,块状构造,据矿区地质报告资料,岩石密度达2.6g/cm3,饱和单轴抗压强度(Rc)平均值为132134MPa,为坚硬岩。该类岩石抗风化能力较强,岩体内裂隙不发育,岩体结构较为完整。钻探中岩芯呈长柱夹短柱状,岩石质量指标RQD达82.594.6%,属于较好的好的。岩体质量基本等级为级。2.1.6场地地下水本次勘探深度范围内未见到地下水,故可不予考虑地下水对建筑材料的腐蚀问题。2.1.7不良地质作用勘察场地内未发现不良地质作用。2.2地震效应2.2.1抗震设防烈度依据建筑抗震设计规范,本区抗震设防

21、烈度为度,设计基本地震加速度值为0.05g,设计地震分组为第三组。2.2.2液化判别与软土震陷本场地不具备地基土的液化条件。依据建筑抗震设计规范(GB50011-2010)4.3.11条分析判定,本场地地基土非震陷性软土,可不予考虑地基土的震陷影响。2.2.3建筑场地类别场地内岩土层剪切波速估算值为4500m/s,依据建筑抗震设计规范判定,该场地土类型为岩石,建筑场地类别为0类。2.3场地岩土分析评价2.3.1场地稳定性与适宜性评价本区区域地壳稳定性良好,无活动性断裂及其它不良地质作用存在。2.3.2腐蚀性评价据本地区建筑经验,场地土对混凝土结构具微腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

22、2.3.3场地湿陷性评价据地区工程地质勘察资料,分布于场地内局部地段的第四系上更新统(Q3)细粒混合土中的细粒土主要成分粉土一般据湿陷性,湿陷程度属轻微中等；湿陷系数从上至下有逐渐变小的趋势,属非自重湿陷性黄土,地基湿陷等级为级。就整个场地而言,大部分区域地层分布主要是碎石土和基岩,同时所建构筑物为块石砌筑的拦挡坝以及废石堆积边坡,对地基的变形要求较低,局部地段地基土的湿陷性变形对拦挡坝以及废石堆积边坡的稳定性影响甚微。2.3.4地基土均匀性评价根据本次工程勘察资料,场地内地形变化较大,接近沟口的沟谷底处分布有第层细粒混合土及第层碎石土,坡地高处直接出露第层基岩,为岩土组合不均匀地层。2.3.

23、5承载力评价地基土承载力的确定,系根据野外勘探资料、原位测试结果并结合地区经验综合确定,地基土的承载力特征值详见下表。表2-1 地基承载力一览表层 号岩性地质年代地基土承载力特征值(kPa)原位测试地区经验采用数据细粒混合土Q3140130130碎 石 土Q3360350350片 麻 岩Ar3t1800150015002.4废石堆场整体及局部边坡稳定性分析从地形地质图上可以看出,自沟口拦挡坝底线至沟头堆积填土最高填埋位置,纵向长度达1227.0m,垂直高差达116.1m,坡度为5.4。堆积场地整体稳定性计算时,填土的内摩擦角按10考虑,不计粘聚力,则稳定性系数为: 这里尚未考虑由于沟谷轴线略呈

24、圆弧形而对下滑力的折减。由此可见废石堆场的整体稳定性是满足要求的。至于废石堆场每级台阶所处边坡的稳定性分析,可结合堆积土体的自然安息角,对于砂性废弃土体自然安息角按35考虑,只要边坡坡角小于35,废石堆场每级台阶所处边坡的稳定性是可以满足要求的。2.5地基基础分析及处理意见根据勘察场地工程地质条件及拟定构筑物基础荷载等要求,在沟口处拦挡坝建设场地范围内,第层第四系上更新统细粒混合土分布于近沟口的沟谷低处局部地段,与周围基岩相比其物理力学性质较差,属清除土层。第层第四系上更新统碎石土层物理力学性质较好,可作为拟建拦挡坝基础持力层。至于坡地高处的基岩,物理力学性质好,为拟建拦挡坝基础的理想天然持力

25、层。在沟谷内部的排土堆积区域内,除沟谷中部低处局部地段分布碎石土层外,大部分地段为基岩裸露区,地基稳定性好,可满足废石排弃堆置的要求。2.6基坑开挖根据构筑物基础埋置深度预计基坑开挖深度为8.0m,按建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99),基坑工程安全等级为三级。该工程场地开阔,可采用放坡开挖,边坡坡率不宜大于1:0.75。2.7结论与建议2.7.1结论(1)本区区域地质稳定性良好,无活动性断裂及其它不良地质作用存在,该场地满足废石排弃堆置要求。(2)建设场地地处*冶金XX公司一矿北部,其地貌单元属剥蚀中山区。(3)场地地基土由第四系上更新统(Q3)细粒混合土、上更新统(Q3)碎石土,上太

26、古界桐峪组(Ar3t)片麻岩层组成。场地土类型为岩石,建筑场地类别为0类,可视为可进行建设的一般场地。(4)本次勘探深度范围内未见到地下水,故可不予考虑地下水对建筑材料的腐蚀问题。(5)据本地区建筑经验,场地土对混凝土结构具微腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。 (6)本场地不具备地基土的液化条件；亦不考虑震陷影响。(7)据地区工程地质勘察资料,分布于场地内局部地段的第四系上更新统(Q3)细粒混合土中的细粒土主要成分粉土一般据湿陷性,湿陷程度属轻微中等；湿陷系数从上至下有逐渐变小的趋势,属非自重湿陷性黄土,地基湿陷等级为级。场地内大部分区域地层分布主要是碎石土和基岩,同时所建构筑物为块

27、石砌筑的拦挡坝以及废石排弃堆积边坡,对地基的变形要求较低,局部地段地基土的湿陷性变形对拦挡坝以及排土堆积边坡的稳定性影响甚微。(8)本区抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0.05g,设计地震分组属第三组。(9)废石堆场的整体稳定性满足填置要求。在堆置土体坡角小于堆置土体自然安息角的情况下,每级台阶边坡稳定性满足填置要求。(10)本区标准冻结深度为104cm。2.7.2建议(1)各层地基土承载力特征值,建议按下表所列值采用。表2-2 各层地基土承载力特征值第层细粒混合土130 kPa第层碎石土350 kPa第层片麻岩1500kPa(2)根据勘察场地工程地质条件及拟定构筑物基础荷载等要求,

28、第层第四系上更新统细粒混合土物理力学性质较差,属清除土层。第层第四系上更新统碎石土层可作为拟建拦挡坝构筑物基础持力层。在沟谷内部的废石排弃堆积区域内,除沟谷中部低处局部地段分布碎石土层外,大部分地段为基岩裸露区,地基稳定性好,可满足排土堆置的要求。(3)工程场地开阔,拦挡坝基坑可采用放坡开挖,边坡坡率不宜大于1:0.75。(4)每级台阶的边坡坡角须小于堆积填土的自然安息角,以确保边坡稳定性。(5)废石堆场周边及内部须设置良好通畅的地表及地下排水系统,以消除引发泥石流的危险隐患。第三章 废石堆场设计方案3.1废石、废渣及干尾砂的相关资料3.1.1废石、废渣及干尾砂量一矿路村沟废石堆场主要用来堆积

29、*冶金XX公司一矿采矿排弃的废石、风化岩土及选矿厂干选后的废渣和尾矿脱水后的干尾矿。(1)一矿设计年采矿60万t,排弃废石、风化岩土约3万m3/a；(2)选矿干选废渣15%约9万10万t/a,废渣容重取1.5t/m3,则选矿干选废渣约为6万6.7万m3/a,本次设计取6.3万m3/a；(3)干尾砂约50万t/a,尾矿容重取1.65t/m3,则干尾砂量约为30.3万m3/a,干尾砂粒度较粗,-200目占5%左右,+100目占55%左右,3mm以上占30%左右；(4)排弃废石、废渣及干尾砂的实方总量为3万m3+6.3万m3+30.3万m3=39.6万m3,考虑松散系数:1.15,则排弃方量为39.

30、61.15=45.5万m3。3.1.2尾矿脱水及尾矿水回收工艺简述选矿生产出的尾矿,经渣浆泵打入耐纳特尾矿脱水设备的旋流器组,经旋流后,旋砂自流于耐纳特尾矿脱水筛的筛面上,旋液与耐纳特尾矿脱水筛下虑液进行汇集,由泥浆泵打入清水池中,进行浓缩沉淀,浓缩池的溢流水,由清水泵打入清水池中,用于选矿生产二次使用,浓缩后的沉降液由浓缩池底部排出,由管道泵输入第二次旋流器组,经过旋流后,旋砂自流于耐纳特脱水筛筛面上,再次进行脱水,旋液与一次旋流后的旋液再次汇集,形成闭路循环；经耐纳特脱水筛脱水后筛上干基尾矿砂,经皮带运输机输送至尾矿转运站,由汽车外运,其中部分进行制砖和充填采空区,部分干尾砂和干渣运至废石

31、堆场储存,填沟造地,覆土绿化。其工艺流程图如下图。图3-1 尾矿脱水及尾矿水回收工艺流程图3.2废石堆场场址拟建一矿路村沟废石堆场选在一条名为狼窝掌的荒沟内,该荒沟大致呈东西走向,沟的轴线略呈圆弧形,沟口位于东端。沟的横断面为“V”字形,坡度为2535。沟的纵向长度为1432.7m,两侧山顶距离为491.8583.7m,场地地形起伏较大。建设场地地处*冶金XX公司北部,距离约1.5km,最小高差约50m,其地貌单元属剥蚀中山区。沟口附近的沟底处为荒草地,山坡高处为岩石裸砾地,沟谷内树木稀少,杂草丛生。拟建场址沟底较平缓,肚大口小,根据拟建场址可知拟建一矿路村沟废石堆场按照地形划分为山沟废石堆场

32、。3.3汇水面积计算从甲方提供的1/5000的现状地形图上,用求积仪测得该废石堆场汇水面积为0.96km2,截洪沟以下拦挡坝以上场区汇水面积为0.474km2,截洪沟以上汇水面积为0.486km2。3.4废石堆场设计库容在甲方提供的1/1000的现状地形图上,绘出初期坝和后期排土的坝坡,用图解求积法求出各封闭等高线的面积及容积详见表3-1。表3-1 废石堆场库容计算结果表标高(m)面积(m2)面积平均值(m2)相邻等高线高差(m)相邻等高线间的容积(m3)累加库容(m3)有效库容(m3)95538206241.5531207.500960866331208 28087 11451.555725

33、7.59651424088465 79619 18279.5591397.597022319179863 161876 26050513025097529781310113 279101 34402517201098039023482123 433910 44291.55221457.598549560703580 633222 55650.55278252.599061741981833 883649 68672.55343362.5995756041325195 1192676 8270554135251000898061738720 1564848 9768154884051005105

34、5562227125 2004413 113839556919510101221222796320 2516688 130273.55651367.510151384253447688 3102919 147202.55736012.510201559804183700 3765330 165251.55826257.510251745235009958 4508962 184836592418010301951495934138 5340724 205655.551028277.510352161626962415 6266174 226764.551133822.5104023736780

35、96238 7286614 249108.551245542.510452608509341780 8407602 27257851362890105028430610704670 9634203 295751.551478757.5105530719712183428 10965085 317819.551589097.5106032844213772525 12395273 340929.551704647.5106535341715477173 13929455 每年排弃废石、废渣及干尾砂合计总量为45.5万m3,根据拟建场址的地形最大堆积标高为1059m,设计总高度为105m,标高10

36、59m时的总库容为1344.4万m3,有效库容为1210万m3,拟建废石堆场的服务年限为26.6年。3.5废石堆场的设计等级参照有色金属矿山排土场设计规范(GB50421-2007),排土场设计等别划分标准见下表。表3-2 排土场等级划分标准等别单个排土场总容量V(104m3)堆置高度H(m)一V1000H150二500V1000100H150三100V50050H100四V100H50“注:(1)剥离物堆置整体稳定性较差,排水不良,且具备形成泥石流条件的排土场,其设计等级可提高一等。(2)排土场失事将使下游居民区、工矿或交通干线遭受严重灾害者,其设计等级可提高一等。拟建废石堆场的设计总库容为

37、1344.4万m3,设计总高度为105m,对照排土场等级划分标准可知,该废石堆场设计等级为一级。”3.6废石堆场排洪设施设计频率排土场排洪设施的设计频率对于大、中型矿山宜为1/25,对于小型矿山宜为1/15,设计流量应采用调查并结合地区经验公式或推理公式确定。参照有色金属矿山排土场设计规范(GB50421-2007),废石堆场构筑物防洪级别根据废石堆场的等级及其在工程中的作用和重要性划分标准见下表。表3-3 排土场防洪构筑物的级别划分标准排土场等级构筑物级别主要构筑物次要构筑物临时构筑物一134二234三344四44该废石堆场设计等级为一级,主要构筑物的级别为1级,次要构筑物的级别为3级,临时

38、构筑物的级别为4级。防洪标准:参照有色金属矿山排土场设计规范(GB50421-2007)第4.0.7条可知:排土场排洪设施的设计频率对于大、中型矿山宜为1/25,对于小型矿山宜为1/15。该矿山为中型矿,参照有色金属矿山排土场设计规范(GB50421-2007)第4.0.7条可知该废石堆场排洪设施的设计频率为1/25,防洪标准为25年一遇。3.7拦挡坝设计3.7.1拦挡坝设计方案拦挡坝型采用浆砌石坝,坝高15m,上游坡坡比1:0.3,下游坡坡比1:0.5,坝顶宽4m,坝底宽16m,坝基础宽18m,基础垫层宽19m,坝顶轴线长度114m。在拦挡坝的底部设置两根800mm的钢筋混凝土预制管作为废石

39、堆场底部的渗水通道,用来排出废石堆场底部汇集的渗水。根据工勘报告,在沟口处拦挡坝建设场地范围内,第层第四系上更新统细粒混合土分布于近沟口的沟谷低处局部地段,与周围基岩相比其物理力学性质较差,属清除土层,应清除。第层第四系上更新统碎石土层物理力学性质较好,可作为拟建拦挡坝基础持力层。至于坡地高处的基岩,物理力学性质好,为拟建拦挡坝基础的理想天然持力层。根据构筑物基础埋置深度预计基坑开挖深度为8.0m,按建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99),基坑工程安全等级为三级。该工程场地开阔,可采用放坡开挖,边坡坡率不宜大于1:0.75。本次基础处理时,本区的抗震设防烈度按照7度进行。3.7.2拦挡坝坝

40、体稳定性计算拦挡坝坝体抗滑稳定性计算简图如下图所示。图3-2 拦挡坝坝体稳定性计算简图抗滑稳定计算公式:Ks=f(W-U)/P式中:W接触面以上的总铅直力； P接触面以上的总水平力； U作用在接触面上的扬压力； f接触面间的摩擦系数。计算基本参数:块石砌石体容重:=20kN/m3,f=0.6,堆石容重1=18 kN/m3,水容重2=10kN/m3。W=0.5(4+16)1520_.54.51518 =3607.5kNP=0.50.5181515 =1012.5kNU=0.515016 =1200kNKs=f(W-U)/P =0.6 (3607.5-1200)/1012.5 =1.426 Ks=

41、1.15综上可知:拦挡坝的抗滑稳定安全系数Ks=1.426Ks=1.15,满足规范要求,拦挡坝坝体稳定。3.8废石堆场堆筑设计3.8.1废石排弃堆筑参照有色金属矿山排土场设计规范(GB50421-2007)第6.0.3条:“剥离物堆置的自然安息角应根据其物理力学性质和含水量,并参照本规范表6.0.3选取,多台阶排土场剥离物堆置的总边坡角应小于剥离物自然安息角”。参照*冶金XX公司一矿排土场岩土工程勘察报告可知:“对于砂性废弃土体自然安息角按35考虑,只要边坡坡角小于35,排土场每级台阶所处边坡的稳定性是可以满足要求的。”设计最终排弃标高为1059m,初期坝坝底标高为954m,最终堆置高度105

42、m,弃土安息角按30.5考虑,设计边坡比为1:1.7,设计最终下游边坡平均坡比为1:2.5,边坡角为21.8。该废石堆场排弃废石采用多台阶堆筑,单级台阶高度为5m,下游边坡坡比为1:1.7,每级台阶设置一个宽度为4m的平台,平台设置3%的逆坡,并在平台内边缘设置横向排水沟,素混凝土结构,矩形断面,断面尺寸BH=0.4m0.4m,侧墙及底板厚0.2m,在底板底部设置厚为100mm的素混凝土垫层,横向排水沟中间高,两边低,坡度为1%2%,在废石堆积体与左右两侧山体结合处设置坝肩排水沟,浆砌石结构,倒梯形断面,断面尺寸BH=(1.0m2.0m)1.0m,侧壁内坡比1:0.5,侧壁及底板厚均为400m

43、m,在底板底部设置厚为100mm的素混凝土垫层,排水内壁采用M10的水泥砂浆抹面。初期坝下游坡脚处设置初期坝坝前横向排水沟,浆砌石结构,矩形断面,断面尺寸为BH=1.5m1.5m,侧墙及底板厚均为500mm,在底板底部设置厚为100mm的素混凝土垫层。各排水沟的底板及侧墙厚度500mm可根据现场的施工情况作适当调整。坝肩排水沟的坡度根据坝体与左右山体结合处的实际地形进行,各平台坝前横向排水沟中间高两边低,坡度为1%2%。横向排水沟与左右坝肩排水沟相连,左右坝肩排水沟最终与初期坝坝前横向排水沟相连,最终形成网状排水系统。堆筑时先在废石堆场底部堆置高度为6m的大块石渗水层,作为排土场底部的排渗层。

44、进行废石及干尾砂堆筑时应在场地底部、两侧山体结合部位及堆积体下游坡面等关键部位堆积废石,其它部位堆积干尾砂。为防止废石堆场下游坡面受雨水冲刷、风起扬尘,下游坡面采用覆土植草护坡,坡面覆土厚300mm,其上植草(应种植耐旱易活低矮草)。3.8.2基础处理在沟谷内部的排弃堆积区域内,除沟谷中部低处局部地段分布碎石土层外,设计要求清除沟谷中部低处局部地段碎石土层,其它大部分地段为基岩裸露区,地基稳定性好,可满足排土堆置的要求。3.8.3废石堆场废石排弃方式废石堆场废石排弃方式为自卸汽车运输,装载机配合推排。汽车进入废石堆场内应限速行驶,距排弃工作面50200m限速16km/h,小于50m限速8km/

45、h；排弃作业区内应设置一定数量的限速牌等安全标志牌。3.8.4废石排弃要求本废石堆场废石排弃采用由下游向上游排弃的方式,分层堆筑,分层碾压密实。卸载平台边缘必须设置安全车挡。安全车挡的高度不应小于轮胎直径的二分之一,车挡顶部和底宽度分别不应小于轮胎直径的三分之一和1.3倍。3.8.5库区清理要求参照*冶金XX公司一矿排土场岩土工程勘察报告(详勘,XX市辉海岩土工程勘察XX公司,20_.7)可知该废石堆积场的库区清理要求如下。根据勘察场地工程地质条件及拟定构筑物基础荷载等要求,第层第四系上更新统细粒混合土物理力学性质较差,属清除土层。第层第四系上更新统碎石土层可作为拟建拦挡坝构筑物基础持力层。在

46、沟谷内部的废石排弃堆积区域内,除沟谷中部低处局部地段分布碎石土层外,大部分地段为基岩裸露区,地基稳定性好,可满足排土堆置的要求。在废石堆积之前应将沟谷中部低处局部地段分布的碎石土层清除,大部分地段为基岩裸露区,只需清除灌木、杂草等即可。3.8.6废石堆场边坡稳定性计算分析参照工勘报告可知废石堆场下游边坡稳定性系数为: 这里尚未考虑由于沟谷轴线略呈圆弧形而对下滑力的折减。由此可见废石堆场的整体稳定性是满足要求的。本次设计废石堆场下游边坡稳定系数可按下式计算。式中Ks边坡稳定系数；Ri第i计算条块滑动面上的抗滑力(kN/m)；Ti第i计算条块滑体在滑动面切线上的反力(kN/m)；Ni第i计算条块滑

47、体在滑动面法线上的反力(kN/m)；Ci第i计算条块滑体在滑动面上岩土体的粘结强度标准值(kPa)；i第i计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值()；li第i计算条块滑动面长度(m)；i、i第i计算条块底面倾角和地下水位面倾角()；Gi第i计算条块单位宽度岩土体自重(kN/m)；Gbi第i计算条块滑体地表建筑物的单位宽度自重(kN/m)；Pwi第i计算条块单位宽度的动水压力(kN/m)。重度:20kN/m3,饱和重度:23kN/m3,浮重度13kN/m3,粘聚力:10kPa,水下粘聚力7kPa,内摩擦角:30,水下内摩擦角:28。采用总应力圆弧法进行边坡稳定计算。采用北京理正软件设计研究院理正

48、边坡稳定分析软件对安全系数进行校核:圆弧稳定分析方法:瑞典条分法控制参数: 采用规范:碾压式土石坝设计规范(SL274-2001) 计算工期:稳定渗流期 计算目标:安全系数计算 安全系数计算目标: 圆弧滑动法 坡面信息:坡面线段数5,具体控制参数见表3-4表3-4 坡面信息控制参数表坡面线号12345678910水平投影(m)22.522.522.522.522.522.522.522.522.522.5竖直投影(m)9999999999 计算条件: 圆弧稳定分析方法: 瑞典条分法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面 条分法的土条宽度: 0.5

49、00m 搜索时的圆心步长: 0.500m 搜索时的半径步长: 0.500m计算简图:图3-3 废石堆场边坡稳定性计算简图计算结果: 总的下滑力 = 55968.914kN 总的抗滑力 = 84514.281kN最不利滑动面: 滑动圆心 = (48.000,183.000)m 滑动半径 = 201.584m 滑动安全系数Kmin= 1.510参照有色金属矿山排土场设计规范(GB50421-2007) 可知:计算出的边坡稳定系数Ks取值,易取1.151.3,并应根据被保护对象的等级而定。当被保护对象为失事后使村镇或集中居民区遭受严重灾害时,Ks应取1.3；当被保护对象为失事后不致造成人员伤亡或者造

50、成经济损失不大的次要建筑物时,Ks应取1.2；当被保护对象为失事后损失轻微时,Ks应取1.15。该废石堆场的最终堆积高度H=105m,且堆筑方式为由下游至上游分层碾压堆筑,下游村庄距离废石堆场的距离约为1km,根据规范要求对下游村庄的安全防护距离为2H=210m,综合分析Ks取1.15。综上所述边坡稳定性计算结果表明:设计废石堆场边坡抗滑稳定系数计算为Kmin=1.510Ks=1.15,符合废石堆场安全稳定系数值,满足规范要求,废石堆场边坡稳定。3.9废石堆场防洪、排水设计3.9.1废石堆场场区内排水废石堆场必须有可靠的截流、防洪、排水设施。防止水土流失,淤塞河道,淹没农田,影响周边环境。拟建

51、废石堆场防洪、排水系统采用排水井排水支涵洞排水主涵洞消力池型式,废石堆场排出的洪水最终汇流入清漳河。场区排水系统布置在场区右侧,排水井采用框架式钢筋混凝土结构,为10柱挡板式,井座高5.4m,井座内径2.5m,外径4.1m,排水井底部设置深度2m的井底水窝,以缓冲下泄水流的冲力。排水井井架内径2.5m,外径3.3m,内壁设钢筋直径为20mm,钢筋间距为300mm的爬梯。排水井采用C30混凝土现浇。共设置4座排水井,1#排水井井架高11.5m(973.24m961.74m),井座底部标高为956.34m；2#排水井井架高23m(995.24m972.24m),井座底部标高为966.84m；3#排

52、水井井架高27m(1021.24m988.84m),井座底部标高为988.84m；4#排水井井架高23m(1043.24m1020.24m),井座底部标高为1014.74m。排水支涵管及排水主涵管采用C30的钢筋混凝土现浇而成,垫层混凝土、基础超挖部分回填混凝土采用C15的混凝土,设计确定排水涵管的内径为1.5m,壁厚0.35m,基础厚为0.45m,基础底部采用厚为0.1m的C15混凝土作垫层。为防止排水管基础发生不均匀沉降,设置沉降缝及伸缩缝,每隔30m设置一道,伸缩缝及沉降缝采用橡胶止水带连接,橡胶止水带沿管壁中心设置一圈,接缝搭接长度为300mm。废石堆场右支沟排水设施:右支沟排水设施采

53、用排水斜槽排水涵管型式,排水斜槽与库内排水涵管连接处,适当扩大排水斜槽的断面尺寸,而后采用钢筋混凝土现浇进行连接。排水斜槽断面为矩形,采用平板盖板,斜槽断面尺寸BH=1.0m1.0m,随着水位的升高,逐步用平板盖板对排水斜槽进行封盖,担任排水排洪任务；排水涵管采用钢筋混凝土现浇结构,双层配筋,采用C25混凝土现浇,内径为1.0m,外径1.5m。3.9.2废石堆场下游坡面排水该废石堆场采用多台阶堆筑,平台设置23%的逆坡,每级台阶平台内边缘设置横向排水沟,素混凝土结构,矩形断面,断面尺寸BH=0.4m0.4m,侧墙及底板厚0.2m,在底板底部设置厚为100mm的素混凝土垫层,横向排水沟中间高,两

54、边低,坡度为1%2%,在废石堆积体与左右两侧山体结合处设置坝肩排水沟,浆砌石结构,倒梯形断面,断面尺寸BH=(1.0m2.0m)1.0m,侧壁内坡比1:0.5,侧壁及底板厚均为400mm,在底板底部设置厚为100mm的素混凝土垫层,排水内壁采用M10的水泥砂浆抹面。初期坝下游坡脚处设置初期坝坝前横向排水沟,浆砌石结构,矩形断面,断面尺寸为BH=1.5m1.5m,侧墙及底板厚均为400mm,在底板底部设置厚为100mm的素混凝土垫层。各排水沟的底板及侧墙厚度400mm可根据现场的施工情况作适当调整。坝肩排水沟的坡度根据坝体与左右山体结合处的实际地形进行,各马道坝前横向排水沟中间高两边低,坡度为1

55、%2%。横向排水沟与左右坝肩排水沟相连,左右坝肩排水沟最终与初期坝坝前横向排水沟相连,最终形成网状排水系统。3.9.3周边截洪沟在废石堆场的最终堆积标高1059m以上设置周边截洪沟,浆砌石结构,倒梯形断面,断面尺寸BH=(1.0m2.0m)1.0m,侧壁内坡比1:0.5,侧壁及底板均采用厚均为400mm的块石浆砌砌筑,砌筑完成后用M10水泥砂浆抹面,并在底板底部采用厚100mm的C10混凝土作垫层。截洪沟沟底坡向下游,坡比不小于1%。3.9.4消力池消力池设于拦挡坝外,距坝外坡脚约15m处,消力池为钢筋混凝土结构,其规格为BLH=7.5103.2m3,同时起储水、消能作用。3.9.5废石堆场防

56、洪、排水系统校核计算参照有色金属矿山排土场设计规范(GB50421-2007)第4.0.7条可知:排土场排洪设施的设计频率对于大、中型矿山宜为1/25,对于小型矿山宜为1/15。该矿山为中型矿,参照有色金属矿山排土场设计规范(GB50421-2007)第4.0.7条,该废石堆场排洪设施的设计频率为1/25,防洪标准为25年一遇。3.9.5.1水文计算场区洪水来源主要为自然降水,根据*XX县历年降水资料计算、分析,按照水科院水文所计算洪峰流量,简化推理公式(见下式)。其中:,c小于24小时c大于24小时式中:Qp设计频率p%的洪峰流量 m3/s；Sp频率为p%时的暴雨雨力 mm/h；F库区汇水面

57、积 km2；m汇流参数；L库区主沟长 km；J沟内平均坡降；产流历时的平均入渗率 mm/h；A、B、C、D最大洪峰流量计算指数；n暴雨递减指数(1时,n=n1；n1时,n=n2)；流域汇流历时 h。查XX省洪水计算实用手册知,*地区年最大24小时点雨量均值即=60mm。洪水总量计算:(一)截洪沟以下初期坝以上场区0.474km2范围水文计算水文计算参数如下:表3-5 洪水计算参数表F(km2)PL(km)JmCvCsn1n224600.4744%1.319.8%0.70.551.9250.500.700.7计算结果见表3-6表3-6 洪水计算结果KP(mm)H24P(mm)SP(mm)hR(m

58、m)(mm/h)汇水时间(h)洪峰流量(m3/s)洪水总量(万m3)2.3514154.3498.71.770.2713.464.678注:A=0.481,B=1.143,C=0.572,D=0.318。c=23.88h24h。经计算流域泄流历时=0.27h,洪峰流量Qp=13.46m3/s,流域24小时洪水总流量W24=4.678104m3。雨峰历时取3=0.81h。采用概化多峰三角形绘制洪水过程线如下:图3-4 洪水过程线简图(二)截洪沟以上场区0.486km2范围水文计算水文计算参数如下:表3-7 洪水计算参数表F(km2)PL(km)JmCvCsn1n224600.4864%1.710

59、.6%0.70.551.9250.500.700.7计算结果见表3-8表3-8 洪水计算结果KP(mm)H24P(mm)SP(mm)hR(mm)(mm/h)汇水时间(h)洪峰流量(m3/s)洪水总量(万m3)2.3514154.3498.71.770.867.694.797注:A=0.481,B=1.143,C=0.572,D=0.318。c=23.88h24h。经计算流域泄流历时=0.86h,洪峰流量Qp=7.69m3/s,流域24小时洪水总流量W24=4.797104m3。雨峰历时取3=2.58h。采用概化多峰三角形绘制洪水过程线如下:图3-5 洪水过程线简图3.9.5.2防洪排水构筑物过水能力计算本废石堆场为排水井排水涵管式排水系统(排水井为框架式排水井),采用以下公式计算泄流量:a、自由